中国稻谷的生产与供求一直处于紧平衡状态,一般年产稻谷的85%~90%会被碾制成商品米,其中食用消费占主导地位,占总商品米的84%,工业及饲料用粮占14%左右。稻米及其制品的消费市场是我国最大、最稳定的粮食消费市场之一。而碾米工序作为稻谷加工中一个重要环节,其加工质量优劣对保障国家粮食安全具有重要现实意义。当前制约碾米机械发展的突出问题是米粒碾白规律的明晰及碾米品质的提升。具体而言,碾米过程中,米粒在碾米室内的碾白特性及破碎问题一直困扰着碾米加工业。传统碾米机设计及基础碾米规律的研究依赖于长期碾米经验,且多数结论为定性描述。目前探究米粒在碾磨环境中碾白特性及碾白运动的研究还较少,这些研究的深入可能为以降低碎米率为目标的碾米机结构设计及优化带来指导。因此,对碾米机内米粒运动特征及碾白特性的研究十分必要。论文主要以立式擦离式碾米机为研究对象,为明晰米粒碾白运动,拟阐述擦离式碾米机结构特征,分析米粒擦离碾白原理,探寻碾米过程中米粒物性参数动态变化,解明米粒在碾米机各典型结构单元内碾白运动规律,探索碾米机结构参数对碾白性能的影响。为此,论文从以下五个方面展开研究,主要结果、结论为:(1)擦离式碾米机碾白原理分析。基于散体理论、连续介质理论、农业物料学、牛顿第二定律及赫兹接触理论等,分析擦离式碾米机碾白压力、米粒碾白运动、米粒碾白受力和米粒碾白的接触碰撞过程。研究结果为米粒运动特征及碾白特性的研究提供理论基础。(2)米粒碾白过程中物性参数动态变化分析。采用实验级自动碾米仪进行碾米试验,分析米粒的碾磨规律及物性参数变化,并以多种数理统计方法,构建碾磨规律与米粒物性参数间联系。研究结果为米粒运动特征及碾白特性的研究提供碾米试验基础。(3)米粒碾白运动模型建立及参数标定分析。基于碾白原理及试验参数测量,建立米粒离散元模型、择取米粒碾白过程的接触力学模型、获取及标定米粒和碾米机的离散元参数,并通过正交试验,以碾白压力波动性为指标,确立擦离式碾米机碾米辊的较佳结构参数。为米粒碾白及运动特征的研究提供模型及参数基础。(4)擦离式碾米机内米粒碾白及运动特征分析。基于擦离式碾米机结构特点,分析米粒在碾米机内的入料、输送和碾白过程,探究米粒微观碾磨机制,确立较佳碾米机结构参数。1)阐明入料口形状、高度及碾辊转速对料斗内米粒流流场均匀性、螺旋输送器内米粒输送性能和碾白室内米粒碾白特性的影响。2)以米粒碾白运动特征揭示米粒微观碾磨机制,并解释宏观碾米现象。3)综合米粒运动特征,确立擦离式碾米机较佳结构参数组合。结果表明:碾米机参数显著影响入料和输送运动特征。入料口对碾米机料斗内米粒流流场均匀性及输送过程米粒群分散程度的影响更大,而碾米机转速主要影响米粒螺旋输送的效率及能耗。当碾米机采用侧方位入料方式时,入料口切边沿与碾米辊旋转转向一致的方向偏转一定角度,将利于料斗内米粒逐层入料。驻留时间分布函数的一阶和二阶矩可表征米粒碾白过程中螺旋输送的同步程度。碾米机输送性能的宏观和微观指标间可构建多项式线性关系模型。米粒的碾白过程主要在碾筋段内(碾白区域)中部区域完成,米粒擦离碾白强度可由米粒碰撞能的空间分布表征,碾米机参数显著影响米粒碾白运动特征,其中碾米机出料口开度对米粒碰撞频率影响显著,而碾米辊转速主要影响米粒碰撞能。综合入料、输送及碾白过程米粒运动特征,确定入料口E、转速1400 rpm、出口开度4.4 mm为立式擦离式碾米机较佳参数组合。(5)擦离式碾米机运行参数对碾米性能影响的试验研究。在第(4)部分获取擦离式碾米机较佳结构参数基础上,以料斗内物料填充率、碾米时间、出料口阻力为试验参数,以整精米率、碾米能耗、米粒白度为试验评价指标,并以碾磨度和碾米温升为限定性指标,研究典型碾米机运行参数对碾米性能的影响规律,建立各因素对碾米性能指标影响的数学模型,并对试验结果进行分析及优化,得到III级碾白加工精度及20℃米粒温升范围内,碾米机最佳运行参数组合。结果表明:立式侧方位入料形式料斗内米粒填充率仅对碾米能耗有显著影响,对其他碾米指标影响不显著;实际碾米作业时,为控制碾米质量,可适当降低碾白压力而延长碾米时间;为降低碾米能耗,当物料处理量较大时,出料口阻力应适当降低,当物料处理量较小时,应增大出料口阻力;为满足碾米商品性指标(白度较大),碾米过程应达到胚乳级碾磨所需的碾米时间;米粒经立式擦离式碾米机碾制后,碾米指标中白度值与碾磨度间相关关系最大;立式擦离式实验级碾米机最佳的碾米机操作参数组合为:出料口阻力为(悬挂物质量)320 g、料斗内米粒填充率为35%和碾米时间为30 s。论文研究成果可为明晰米粒碾白特性及工业级碾米机降碎优化设计提供参考。